水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)及運(yùn)行方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，包括預(yù)處理系統(tǒng)、動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、動(dòng)水調(diào)控系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。預(yù)處理系統(tǒng)用于為動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供不同背景濃度的含藻實(shí)驗(yàn)用水；動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)水流環(huán)境下的藻類無損生長(zhǎng)環(huán)境；動(dòng)水調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的上、下游水利工程調(diào)度工況，通過調(diào)節(jié)供水槽的供水流量模擬出河道型水庫(kù)上、下游水利工程來流流量變化過程；監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)包括水位傳感器、流速儀、流量計(jì)、視頻傳感器、葉綠素?zé)晒鈨x和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明可用于定量實(shí)驗(yàn)研究水利工程影響下復(fù)雜水動(dòng)力條件變化、動(dòng)水條件下藻類生長(zhǎng)變化、上下游單個(gè)或梯級(jí)水利工程優(yōu)化調(diào)度抑制水華效果分析與預(yù)測(cè)等多種功能。
【專利說明】水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)及運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，屬于水利水電工程及水環(huán)境實(shí)驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]水華是全球地表水的普遍問題,我國(guó)有超過一半的湖泊與水庫(kù)存在水華問題。水體中藻類過量繁殖聚集形成水華，會(huì)造成社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生產(chǎn)、生活等多方面不利影響；例如，在2007年5~6月間，太湖暴發(fā)的大范圍藍(lán)藻水華引起了周邊城市大面積飲用水供給困難，治理成本難以估計(jì)。另一方面，我國(guó)各大流域已建、在建有大量的水利工程，人類活動(dòng)對(duì)江河湖泊水質(zhì)的脅迫性顯著增加。因此，我國(guó)地表水水華治理工作需要尤其關(guān)注水利工程影響下的水華生消變化及調(diào)控原理、方法與技術(shù)，明確水利工程調(diào)度運(yùn)行對(duì)水華生長(zhǎng)與消亡(水華生消)的影響途徑與程度，以形成有利于抑制水華的水利工程優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度方法。
[0003]已有監(jiān)測(cè)研究表明，水華生消與水動(dòng)力特性存著在密切關(guān)系；但由于復(fù)雜水體中水華爆發(fā)并無明顯跡象，在水利工程施加的各種動(dòng)力擾動(dòng)作用下，對(duì)其開展原型觀測(cè)十分困難。較為合理的研究手段是:在大量針對(duì)性室內(nèi)水華生消模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過深入研究分析水利工程影響下復(fù)雜水動(dòng)力環(huán)境變化對(duì)藻類生長(zhǎng)與消亡特征的影響機(jī)制，為建立水華預(yù)警方法以及形成有效治理技術(shù)提供數(shù)據(jù)與原理支持。
[0004]現(xiàn)有模擬地表水水華生消過程的技術(shù)手段普遍存在著一些缺陷與局限:
[0005](I) 一類技術(shù)是采用小型容器，如試管、燒杯和反應(yīng)柱等，培養(yǎng)與觀察不同環(huán)境條件下的藻類生理變化過程；這類方法簡(jiǎn)單易行，但側(cè)重于分析光溫等因素對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響，不涉及水動(dòng)力變化對(duì)水華生消的影響；雖有專利201310001856.6提出了研究紊流脈動(dòng)強(qiáng)度對(duì)藻類生長(zhǎng)及優(yōu)勢(shì)藻類演替影響的方法，但限于在水箱內(nèi)放置振動(dòng)格柵研究，并非針對(duì)大尺度水平對(duì)流的作用；
[0006](2)另有方法在上述技術(shù)基礎(chǔ)上增加了模擬水體水平流動(dòng)的功能，可用于模擬不同流速、不同水質(zhì)條件對(duì)藻類生長(zhǎng)規(guī)律的影響，但該類方法需采用水泵或水車等傳統(tǒng)抽水設(shè)備驅(qū)動(dòng)水體單向或循環(huán)流動(dòng)，會(huì)使水槽內(nèi)的流速分布不均勻，也會(huì)影響藻類培養(yǎng)水動(dòng)力環(huán)境的連續(xù)性，更會(huì)對(duì)水中藻類細(xì)胞產(chǎn)生較大損傷，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果受到較大的影響，是一種藻類有損實(shí)驗(yàn)方法；
[0007](3)現(xiàn)有技術(shù)只能模擬出一定理想流速條件下藻類生長(zhǎng)環(huán)境，距實(shí)際情況有較大差異，不能反映出現(xiàn)實(shí)中常見的水利工程對(duì)水動(dòng)力條件、及其對(duì)水華生消過程所施加的或擾動(dòng)、或誘發(fā)、或增強(qiáng)、或抑制等多重作用，不能體現(xiàn)出我國(guó)地表水水華問題很大程度上是受到水利工程影響這一現(xiàn)實(shí)情況，難以為水利工程優(yōu)化調(diào)度抑制水華的技術(shù)研發(fā)提供支持。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑連續(xù)水流環(huán)境下的藻類無損生長(zhǎng)環(huán)境，也能夠真實(shí)體現(xiàn)上下游水利工程的影響作用，實(shí)現(xiàn)定量研究水利工程影響下復(fù)雜水動(dòng)力條件變化、動(dòng)水條件下藻類生長(zhǎng)變化、上下游單個(gè)或梯級(jí)水利工程優(yōu)化調(diào)度抑制水華效果分析與預(yù)測(cè)等多種功能。
[0009]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，包括預(yù)處理系統(tǒng)、動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、動(dòng)水調(diào)控系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，其中:
[0010]所述預(yù)處理系統(tǒng)用于為動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供不同背景濃度的含藻實(shí)驗(yàn)用水，包括含藻水培養(yǎng)單元、底質(zhì)水存儲(chǔ)單元、實(shí)驗(yàn)用水配合單元和輸水單元；所述含藻水培養(yǎng)單元為藻類培養(yǎng)器，由透明培養(yǎng)罐、磁性攪動(dòng)器、照明單元、充氣泵和培養(yǎng)控制器組成，通過輸水單元向?qū)嶒?yàn)用水配合單元提供葉綠素濃度為C的含藻水，C不低于0.3mg/L ;所述底質(zhì)水存儲(chǔ)單元為儲(chǔ)水罐，與含藻水培養(yǎng)單元并聯(lián)，通過輸水單元向?qū)嶒?yàn)用水配合單元提供不含藻類的底質(zhì)水，所述底質(zhì)水為潔凈水或含有一定氮濃度和一定磷濃度的水體；所述實(shí)驗(yàn)用水配合單元為封閉水箱,前側(cè)有兩個(gè)進(jìn)水口，分別通過輸水單元與含藻水培養(yǎng)單元和底質(zhì)水存儲(chǔ)單元相連，后側(cè)有一個(gè)出水口，通過輸水單元與動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)相連；
[0011]所述動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)水流環(huán)境下的藻類無損生長(zhǎng)環(huán)境，包括無損循環(huán)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)；所述無損循環(huán)系統(tǒng)由兩個(gè)首尾連通、并行安置的裝置組成，每一個(gè)裝置依次包括:蓄水槽、蓄水槽連接段、供水槽、供水槽連接段、試驗(yàn)水槽、試驗(yàn)水槽連接段；所述的試驗(yàn)水槽連接段又與另一裝置的蓄水槽連接，形成循環(huán)；其中每一個(gè)裝置所含的供水槽有兩個(gè)，并排安置；所述升降系統(tǒng)包括蓄水槽位置感應(yīng)器、供水槽位置感應(yīng)器、試驗(yàn)水槽位置感應(yīng)器 、供水槽水位感應(yīng)器、供水槽固定板及供水槽升降裝置；所述動(dòng)力系統(tǒng)包括供水槽活動(dòng)底板、活動(dòng)底板位置感應(yīng)器和活動(dòng)底板升降裝置；所述蓄水槽的蓄水能力大于兩個(gè)供水槽的蓄水能力之和，蓄水槽與蓄水槽連接段連接的一側(cè)設(shè)有兩個(gè)并行的蓄水槽閘門，可在豎向方向控制升降，其位置分別與并列的兩個(gè)供水槽相對(duì)；所述蓄水槽連接段固接在蓄水槽底板和蓄水槽閘門的下游處，過流表面采用流線型，下游末端裝有供水槽位置感應(yīng)器；所述供水槽連接段設(shè)置在試驗(yàn)水槽靠近供水槽的一端，通過導(dǎo)軌與滾輪的作用可在豎直方向上調(diào)整位置，過流表面采用流線型；所述試驗(yàn)水槽連接段設(shè)置在試驗(yàn)水槽靠近另一組的蓄水槽的一端，通過導(dǎo)軌與滾輪的作用可在豎直方向上調(diào)整位置，過流表面采用流線型；所述兩個(gè)供水槽并列設(shè)置，靠向試驗(yàn)水槽一側(cè)設(shè)有供水槽閘門，可在豎向方向控制升降，靠向蓄水槽的一側(cè)頂部設(shè)有蓄水槽位置感應(yīng)器，靠向試驗(yàn)水槽的一側(cè)頂部設(shè)有試驗(yàn)水槽位置感應(yīng)器,供水槽的側(cè)板內(nèi)壁設(shè)有供水槽水位感應(yīng)器、活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)及活動(dòng)底板位置感應(yīng)下限點(diǎn)；所述試驗(yàn)水槽底部設(shè)有可調(diào)螺栓，可根據(jù)要求對(duì)水槽底部坡降進(jìn)行調(diào)節(jié)，試驗(yàn)水槽靠近供水槽的一端，頂部設(shè)有兩個(gè)供水槽位置感應(yīng)器分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)供水槽；所述供水槽固定板與下方的供水槽升降裝置固接，供水槽固定板上安置有活動(dòng)底板升降裝置，所述的供水槽活動(dòng)底板與下方的活動(dòng)底板升降裝置固定連接，所述供水槽活動(dòng)底板的邊緣設(shè)有活動(dòng)底板位置感應(yīng)器；
[0012]所述動(dòng)水調(diào)控系統(tǒng)包括上游水利工程模擬單元和下游水利工程模擬單元，直接選用動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的部分組件構(gòu)成；所述上游水利工程模擬單元由位于試驗(yàn)水槽來流方向上游的、所述動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的供水槽及供水槽閘門構(gòu)成，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的上游水利工程調(diào)度工況，通過調(diào)節(jié)供水槽的供水流量模擬出河道型水庫(kù)上游水利工程來流流量變化過程；所述的下游水利工程模擬單元由位于試驗(yàn)水槽水流方向下游的、所述動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的蓄水槽及蓄水槽閘門構(gòu)成，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況設(shè)定的下游水利工程調(diào)度工況，通過調(diào)節(jié)供水槽的供水流量模擬出河道型水庫(kù)下游水利工程出流量變化過程；
[0013]所述監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)包括若干個(gè)水位傳感器、流速儀、流量計(jì)、視頻傳感器和葉綠素?zé)晒鈨x，通過線路與計(jì)算機(jī)相連接；所述流量計(jì)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)水槽內(nèi)的水位、流速和流量變化，等距布置在試驗(yàn)水槽的內(nèi)側(cè)壁，相同儀器的間距D ≤0.2m ;所述視頻傳感器設(shè)置在試驗(yàn)水槽的上方和外側(cè)，用于采集試驗(yàn)水槽內(nèi)整體流態(tài)與水華表觀視頻信號(hào)；所述葉綠素?zé)晒鈨x設(shè)置在試驗(yàn)水槽的上方，用于測(cè)量試驗(yàn)水槽內(nèi)水利工程影響下的葉綠素濃度時(shí)空變化。
[0014]進(jìn)一步地，所述實(shí)驗(yàn)用水配合單元的每個(gè)進(jìn)出水口均設(shè)置控制水流大小的閥門，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需的水質(zhì)背景濃度，按不同比例引入含藻水與底質(zhì)水，混合均勻后供給動(dòng)水循
環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)；其中，含藻水和底質(zhì)水的水量混合比例μ的計(jì)算方法為:=μc合/c-c合式中c合為





實(shí)驗(yàn)用水所需的藻類濃度，c為含藻水培養(yǎng)單元所提供含藻水的藻類濃度。
[0015]優(yōu)選地，所述輸水單元為透明柔性材料輸水管，近水平小角度傾斜安置在架子上，避免傾角過大出現(xiàn)急流影響水中藻類細(xì)胞活性。
[0016]優(yōu)選地，所述供水槽水位感應(yīng)器距離供水槽上邊緣5cm，為供水槽蓄滿水時(shí)的水位，所述活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)及活動(dòng)底板位置感應(yīng)下限點(diǎn)可在豎直方向上調(diào)整位置。
[0017]優(yōu)選地，所述的供水槽升降裝置及活動(dòng)底板升降裝置均為螺旋抬升結(jié)構(gòu)。
[0018]利用所述的水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其中:
[0019]動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)按如下方法運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)水流下的藻類無損生長(zhǎng)環(huán)境:
[0020](1-1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作:蓄水槽的設(shè)定水深為H1，試驗(yàn)水槽的設(shè)定水深為h;兩個(gè)并列的供水槽中有一個(gè)處于供水狀態(tài)，其上的試驗(yàn)水槽位置感應(yīng)器與試驗(yàn)水槽上的供水槽位置感應(yīng)器接觸；
[0021]針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工況條件中試驗(yàn)水槽的所需流速V，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的供水需求流量Q為:Q=v (h.b3)，式中，b3為試驗(yàn)水槽的寬度；
[0022]為滿足該供水需求流量Q，首先操作調(diào)整活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)的位置，使活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)與上方的供水槽水位感應(yīng)器距離為H2, H2可由雷伯克堰流計(jì)算公式得出:
[0023]g-(l-728+°'24(H?- + Q.001 -)/>2(H2 + 0.001 I)1
[0024]式中Q為供水需求流量，b2為供水槽閘門的寬度，P2為供水槽閘門開啟后閘門上沿與供水槽活動(dòng)底板之間的高差；
[0025](1-2)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中的供水控制方法:處于供水狀態(tài)的供水槽的供水槽閘門立即下降，使其閘門上沿與活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)在同一高程，同時(shí)供水槽活動(dòng)底板升降裝置推動(dòng)供水槽活動(dòng)底板以一定速度Vd向上做勻速運(yùn)動(dòng)，此狀態(tài)下的供水流量為上述的供水需求流量Q，其中運(yùn)動(dòng)速度vd為:
[0026]vd=Q/Ad
[0027]其中，Q為供水需求流量，Ad為供水槽活動(dòng)底板的面積；
[0028]此過程中，水流以恒定流量Q流入試驗(yàn)水槽，直到活動(dòng)底板位置感應(yīng)器與活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)相遇為止；此時(shí)，立刻關(guān)閉該供水槽的供水槽閘門，轉(zhuǎn)而由另一個(gè)供水槽按照步驟(1)和重復(fù)前一供水槽的供水過程；
[0029](1-3)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行中的補(bǔ)水方法:當(dāng)步驟(1-2)中的原實(shí)施供水工作的供水槽停止供水并關(guān)閉其供水槽閘門后，該供水槽在供水槽升降裝置的作用下下移，直至其頂部蓄水槽位置感應(yīng)器與蓄水槽連接段上的供水槽位置感應(yīng)器相遇；水流經(jīng)由蓄水槽連接段流入該供水槽，補(bǔ)水流量％為:
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于:包括預(yù)處理系統(tǒng)(I)、動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2)、動(dòng)水調(diào)控系統(tǒng)(3)和監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)(4)，其中: 所述預(yù)處理系統(tǒng)(I)用于為動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2)提供不同背景濃度的含藻實(shí)驗(yàn)用水，包括含藻水培養(yǎng)單元(1001 )、底質(zhì)水存儲(chǔ)單元(1002)、實(shí)驗(yàn)用水配合單元(1003)和輸水單元(1004);所述含藻水培養(yǎng)單元(1001)為藻類培養(yǎng)器，由透明培養(yǎng)罐、磁性攪動(dòng)器、照明單元、充氣泵和培養(yǎng)控制器組成，通過輸水單元(1004)向?qū)嶒?yàn)用水配合單元(1003)提供葉綠素濃度為c的含藻水，c不低于0.3mg/L ;所述底質(zhì)水存儲(chǔ)單元(1002)為儲(chǔ)水罐，與含藻水培養(yǎng)單元(1001)并聯(lián)，通過輸水單元(1004)向?qū)嶒?yàn)用水配合單元(1003)提供不含藻類的底質(zhì)水，所述底質(zhì)水為潔凈水或含有一定氮濃度和一定磷濃度的水體；所述實(shí)驗(yàn)用水配合單元(1003)為封閉水箱，前側(cè)有兩個(gè)進(jìn)水口，分別通過輸水單元(1004)與含藻水培養(yǎng)單元(1001)和底質(zhì)水存儲(chǔ)單元(1002)相連，后側(cè)有一個(gè)出水口，通過輸水單元(1004)與動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2)相連； 所述動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2)用于實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)水流環(huán)境下的藻類無損生長(zhǎng)環(huán)境，包括無損循環(huán)系統(tǒng)、升降系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)；所述無損循環(huán)系統(tǒng)由兩個(gè)首尾連通、并行安置的裝置組成，每一個(gè)裝置依次包括:蓄水槽(2001)、蓄水槽連接段(2002)、供水槽(2003)、供水槽連接段(2004)、試驗(yàn)水槽(2005)、試驗(yàn)水槽連接段(2006);所述的試驗(yàn)水槽連接段(2006)又與另一裝置的蓄水槽(2001)連接，形成循環(huán)；其中每一個(gè)裝置所含的供水槽(2003)有兩個(gè)，并排安置；所述升降系統(tǒng)包括蓄水槽位置感應(yīng)器(2011)、供水槽位置感應(yīng)器(2012)、試驗(yàn)水槽位置感應(yīng)器(2013)、供水槽水位感應(yīng)器(2014)、供水槽固定板(2015)及供水槽升降裝置(2016);所述動(dòng)力系統(tǒng)包括供水槽活動(dòng)底板(2021)、活動(dòng)底板位置感應(yīng)器(2022)和活動(dòng)底板升降裝置(2023);所述蓄水槽(2001)的蓄水能力大于兩個(gè)供水槽(2003)的蓄水能力之和，蓄水槽(2001)與蓄水槽連接段(2002)連接的一側(cè)設(shè)有兩個(gè)并行的蓄水槽閘門(2101)，可在豎向方向控制升降，其位置分別與并列的兩個(gè)供水槽(2003)相對(duì)；所述蓄水槽連接段(2002)固接在 蓄水槽底板和蓄水槽閘門(2101)的下游處，過流表面采用流線型，下游末端裝有供水槽位置感應(yīng)器(2012);所述供水槽連接段(2004)設(shè)置在試驗(yàn)水槽(2005)靠近供水槽(2003)的一端，通過導(dǎo)軌與滾輪的作用可在豎直方向上調(diào)整位置，過流表面采用流線型；所述試驗(yàn)水槽連接段(2006)設(shè)置在試驗(yàn)水槽(2005)靠近另一組的蓄水槽(2001)的一端，通過導(dǎo)軌與滾輪的作用可在豎直方向上調(diào)整位置，過流表面采用流線型；所述兩個(gè)供水槽(2003)并列設(shè)置，靠向試驗(yàn)水槽(2005) —側(cè)設(shè)有供水槽閘門(2102)，可在豎向方向控制升降，靠向蓄水槽(2001)的一側(cè)頂部設(shè)有蓄水槽位置感應(yīng)器(2011)，靠向試驗(yàn)水槽(2005)的一側(cè)頂部設(shè)有試驗(yàn)水槽位置感應(yīng)器(2013)，供水槽(2003)的側(cè)板內(nèi)壁設(shè)有供水槽水位感應(yīng)器(2014)、活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)(2201)及活動(dòng)底板位置感應(yīng)下限點(diǎn)(2202);所述試驗(yàn)水槽(2005)底部設(shè)有可調(diào)螺栓，可根據(jù)要求對(duì)水槽底部坡降進(jìn)行調(diào)節(jié)，試驗(yàn)水槽(2005)靠近供水槽(2003)的一端，頂部設(shè)有兩個(gè)供水槽位置感應(yīng)器(2012)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)供水槽(2003);所述供水槽固定板(2015)與下方的供水槽升降裝置(2016)固接，供水槽固定板(2015)上安置有活動(dòng)底板升降裝置(2023)，所述的供水槽活動(dòng)底板(2021)與下方的活動(dòng)底板升降裝置(2023)固定連接，所述供水槽活動(dòng)底板(2021)的邊緣設(shè)有活動(dòng)底板位置感應(yīng)器(2022)； 所述動(dòng)水調(diào)控系統(tǒng)(3)包括上游水利工程模擬單元(3001)和下游水利工程模擬單元(3002)，直接選用動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2)的部分組件構(gòu)成；所述上游水利工程模擬單元(3001)由位于試驗(yàn)水槽(2005 )來流方向上游的、所述動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2 )的供水槽(2003 )及供水槽閘門(2102)構(gòu)成，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)中設(shè)定的上游水利工程調(diào)度工況，通過調(diào)節(jié)供水槽(2003)的供水流量模擬出河道型水庫(kù)上游水利工程來流流量變化過程；所述的下游水利工程模擬單元(3002)由位于試驗(yàn)水槽(2005)水流方向下游的、所述動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2)的蓄水槽(2001)及蓄水槽閘門(2101)構(gòu)成，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況設(shè)定的下游水利工程調(diào)度工況，通過調(diào)節(jié)供水槽(2003)的供水流量模擬出河道型水庫(kù)下游水利工程出流量變化過程； 所述監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)(4)包括若干個(gè)水位傳感器(4001)、流速儀(4002)、流量計(jì)(4003)、視頻傳感器(4004)和葉綠素?zé)晒鈨x(4005)，通過線路與計(jì)算機(jī)(4006)相連接；所述流量計(jì)(4003)用于實(shí)時(shí)監(jiān)控試驗(yàn)水槽(2005)內(nèi)的水位、流速和流量變化，等距布置在試驗(yàn)水槽(2005)的內(nèi)側(cè)壁，相同儀器的間距D ≤0.2m ;所述視頻傳感器(4004)設(shè)置在試驗(yàn)水槽(2005)的上方和外側(cè)，用于采集試驗(yàn)水槽(2005)內(nèi)整體流態(tài)與水華表觀視頻信號(hào)；所述葉綠素?zé)晒鈨x(4005)設(shè)置在試驗(yàn)水槽(2005)的上方，用于測(cè)量試驗(yàn)水槽(2005)內(nèi)水利工程影響下的葉綠素濃度時(shí)空變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)用水配合單元(1003)的每個(gè)進(jìn)出水口均設(shè)置控制水流大小的閥門，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需的水質(zhì)背景濃度，按不同比例引入含藻水與底質(zhì)水，混合均勻后供給動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2);其中，含藻水和底質(zhì)水的水量混合比例μ的計(jì)算方法為:μ=c合/c-c合 式中C合為實(shí)驗(yàn)用水所需的藻類濃度，c為含藻水培養(yǎng)單元(1001)所提供含藻水的藻類濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于:所述輸水單元(1004)為透明柔性材料輸水管，近水平小角度傾斜安置在架子上，避免傾角過大出現(xiàn)急流影響水中藻類細(xì)胞活性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于:所述供水槽水位感應(yīng)器(2014)距離供水槽(2003)上邊緣5cm，為供水槽(2003)蓄滿水時(shí)的水位，所述活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)(2201)及活動(dòng)底板位置感應(yīng)下限點(diǎn)(2202)可在豎直方向上調(diào)整位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，其特征在于:所述的供水槽升降裝置(2016)及活動(dòng)底板升降裝置(2023)均為螺旋抬升結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的水利工程影響下的水華生消多功能實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于: 動(dòng)水循環(huán)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(2)按如下方法運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)水流下的藻類無損生長(zhǎng)環(huán)境: (1-1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行前的準(zhǔn)備工作:蓄水槽(2001)的設(shè)定水深為H1，試驗(yàn)水槽(2005)的設(shè)定水深為h ;兩個(gè)并列的供水槽(2003)中有一個(gè)處于供水狀態(tài)，其上的試驗(yàn)水槽位置感應(yīng)器(2013 )與試驗(yàn)水槽(2005 )上的供水槽位置感應(yīng)器(2012 )接觸； 針對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工況條件中試驗(yàn)水槽(2005)的所需流速V，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的供水需求流量Q為:Q=v(h.b3)，式中，b3為試驗(yàn)水槽(2005)的寬度； 為滿足該供水需求流量Q，首先操作調(diào)整活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)(2201)的位置，使活動(dòng)底板位置感應(yīng)上限點(diǎn)(2201)與上方的供水槽水位感應(yīng)器(2014)距離為H2, H2可由雷伯克堰流計(jì)算公式得出:
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103798121SQ201410045838
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月8日
【發(fā)明者】戴會(huì)超, 蔣定國(guó), 毛勁喬, 張培培, 劉偉, 唐夢(mèng)君 申請(qǐng)人:河海大學(xué), 中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司